Какой тип двигателя лучше для одноразовых хирургических электроинструментов?

4 сентября 2020 г. Автор: Нэнси Кротти

Технология двигателя часто является решающим выбором для инженеров-конструкторов, работающих над одноразовыми хирургическими инструментами, в частности, при выборе щеточного или бесщеточного двигателя постоянного тока.

Клеманс Мюрон, Portescap

Щеточный двигатель постоянного тока без сердечника (изображение предоставлено Portescap)

Разработчики хирургических электроинструментов должны выбирать, использовать ли одноразовый или многоразовый подход к проектированию. Усовершенствования конструкции и производства как щеточных двигателей постоянного тока, так и бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC) позволили снизить цену и одновременно повысить производительность, что позволило добиться достаточно низкой стоимости инструмента на одну операцию при одноразовой конструкции.

Хотя требования к характеристикам двигателей для многоразовых и одноразовых хирургических инструментов одинаковы, требования к сроку службы и стоимости существенно различаются. Срок службы двигателя, предназначенного для многоразового инструмента, может составлять сотни или даже тысячи операций, поэтому в нем должны использоваться компоненты и материалы премиум-класса. Двигатель для одноразового инструмента должен обеспечивать аналогичную производительность и часто должен быть доступен в больших объемах и по конкурентоспособной цене.

При выборе двигателей для одноразовых инструментов инженеры-проектировщики должны учитывать возможные преимущества обычных щеточных двигателей постоянного тока перед более совершенной технологией BLDC. К сожалению, преимущества надежности BLDC увеличивают затраты, часто делая невозможным их использование в качестве одноразового инструмента. Проектировщикам следует работать с поставщиком двигателей, хорошо разбирающимся в обеих технологиях, чтобы определить компромисс между производительностью и стоимостью.

Если целью нового проекта является максимизация производительности и надежности, инженер-конструктор, скорее всего, будет тяготеть к технологии BLDC. Бесщеточная технология позволяет работать на высоких скоростях (до 100 тыс. об/мин) в течение длительного срока службы. В BLDC коммутация достигается без использования механических щеток (т. е. с помощью магнитных датчиков Холла или бездатчикового привода с бесщеточным контроллером двигателя) – поэтому контакт между вращающимися и неподвижными компонентами двигателя ограничивается шарикоподшипниками. Это означает, что срок службы двигателя в первую очередь связан с долговечностью подшипника, и двигатель может работать на высокой скорости в течение длительного периода времени.

В щеточном двигателе постоянного тока коммутация осуществляется с помощью механических щеток из графита или драгоценного металла, обеспечивающих физический контакт с ротором для завершения электрического соединения. Срок службы двигателя в первую очередь ограничен сроком службы щеток, причем более высокие скорости приводят к преждевременному износу. Для одноразового инструмента более высокая скорость может не быть проблемой, учитывая короткий срок службы. Однако это будет сильно зависеть от рабочего цикла и требований к скорости приложения.

Конструкция и материалы, используемые для щеточного двигателя постоянного тока, также влияют на производительность. Большинство недорогих щеточных двигателей имеют железный сердечник, тогда как ротор двигателя без сердечника состоит только из катушки и одного вала. Конструкция без сердечника обеспечивает меньшую инерцию, что приводит к лучшему ускорению и эффективности. Это также устраняет фиксирующий момент (момент зубца), который может снизить плавность вращения на более низких скоростях.

Для многоразовых хирургических инструментов требования к сроку службы и скорости часто делают BLDC идеальным решением. Однако для некоторых применений, использующих одноразовую конструкцию, щеточный двигатель постоянного тока может стать привлекательным решением.

Клеманс Мюрон — инженер по применению в компании Portescap, поставщике моторных технологий для производителей хирургического оборудования.

Мнения, выраженные в этом сообщении в блоге, принадлежат только автору и не обязательно отражают точку зрения компании Medical Design and Outsource или ее сотрудников.

Подпись к фотографии: Щеточный двигатель постоянного тока без сердечника (изображение предоставлено Portescap)